一种机床轴承预紧监测方法

本发明属于机床领域，具体涉及一种机床轴承预紧监测方法。

背景技术：

1、机床主轴轴承预紧对机床主轴的运动精度、主轴系统的刚度、轴承的发热量以及寿命等因素都有影响，这些因素又会对机床的加工质量带来影响。当主轴预紧不足时，主轴的运动精度难以得到保障，且主轴的刚度不足，最终会导致机床加工质量下降；当主轴预紧过大时，会使增加轴承发热量，降低轴承寿命，加剧主轴系统的热变形，同样也会导致机床加工质量下降。因此，机床主轴轴承预紧应该保持在一个合适的状态。

2、机床在投入到生产应用中后，由于轴承磨损、螺母松动、温度变化等原因，预紧会发生变化。当机床主轴轴承预紧发生变化且导致加工质量出现问题时，在各方面都会带来巨大的损失。除此之外，在生产、调试机床时，如果能知道机床主轴轴承预紧的信息，便能提高生产的效率和生产出的机床的质量。因此需要一种监测主轴轴承预紧的方法，为机床的生产及使用提供保障。

3、目前缺少一种有效的检测机床主轴轴承预紧的办法，大都是由经验来判断预紧的状态，且经验的方法都是在机床主轴非工作状态下进行的。然而，工作状态与非工作状态下主轴轴承的预紧是不同的，掌握主轴轴承在工作状态下的预紧是更有意义的。

4、为了解决上述问题，本发明提出了一种通过监测机床主轴箱温度来监测主轴轴承预紧的方法，实现了在主轴工作状态下的预紧的量化监测。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种机床轴承预紧监测方法技术方案。

2、一种机床轴承预紧监测方法，包括：

3、步骤1，选定测温点，在测温点处布置温度传感器；

4、步骤2，令机床主轴在一定的载荷和转速下旋转，直至机床达到热平衡状态，利用温度传感器测量主轴箱上测温点的稳态温度t；

5、步骤3，建立主轴箱上测温点的稳态温度与所监测轴承的发热功率之间的关系式，根据该关系式计算出所监测轴承的发热功率

6、步骤4，计算轴承各部分的转速和角速度；

7、步骤5，计算轴承的游隙pd。

8、进一步地，所述步骤2的操作需要满足如下要求：

9、a.在主轴旋转使机床达到热平衡状态时，需给主轴施加一个恒定的径向载荷，使所监测滚子轴承所承受径向力达到其额定静载荷的0.8％-1.2％；

10、b.在主轴旋转使机床达到热平衡状态时，主轴转速需维持在主轴极限转速的四分之一到二分之一；

11、c.在监测主轴箱上测温点的温度时，测温点在t1时刻的温度为t1，在t2时刻测温的温度为t2，t2＞t1，当且ξ≤1％时，即可认为所监测机床在t2时刻到达了热平衡状态，且测温点的稳态温度为t2。

12、进一步地，所述步骤3中主轴箱上测温点的稳态温度与所监测轴承的发热功率之间的关系式为：

13、

14、式中a、b为常数。

15、进一步地，所述步骤4具体包括：根据以下方程组计算出轴承各部分的转速和角速度：

16、

17、

18、

19、

20、式中，ni、no分别为轴承内、外圈的转速，nm为滚子公转转速，nr为滚子自转转速，ωi、ωo分别为轴承内、外圈的角速度，ωm为滚子公转角速度，ωr为滚子自转角速度，γ＝d/dm，d为滚子直径，dm为轴承的节圆直径，vi为滚子相对于内圈的滑动速度，vo为滚子相对于外圈的滑动速度。

21、进一步地，所述步骤5具体包括：根据以下方程组计算出轴承的游隙pd：

22、

23、

24、

25、

26、fr＝zqmaxjr(ε)    (13)

27、

28、

29、式中，ε与jr(ε)是为了方便计算引入的无量纲中间变量，δr为轴承轴心的移动量，ψl为滚动体受载区域的最大角度，qmax为径向载荷fr所正对着的滚子会分摊到最大的载荷，对于球轴承对于滚子轴承kn为类刚度系数，第j个滚子所分摊到的载荷为与fr的夹角为ψj，qij为内外滚道与滚子之间的接触力，且z为滚动体数量；μi、μo分别为滚子与内、外滚道之间的摩擦系数。

30、本发明的原理在于：当主轴在一定的载荷和转速下工作时，主轴轴承预紧会对主轴轴承的发热功率有影响，当主轴轴承发热功率不同时，主轴箱上同一位置的温度也是不同的。因此，可以通过测量主轴箱上的温度，来测算出主轴轴承的发热功率，随后通过主轴轴承的发热功率来计算出轴承此时的预紧。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明实现了在主轴工作状态下的预紧的量化监测。本发明可应用在机床制造商在生产调试时，用于指导生产，也可以帮助用户在使用机床时，更好地掌握机床主轴轴承预紧的状态。

技术特征：

1.一种机床轴承预紧监测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种机床轴承预紧监测方法，其特征在于，所述步骤2的操作需要满足如下要求：

3.根据权利要求1所述的一种机床轴承预紧监测方法，其特征在于，所述步骤3中主轴箱上测温点的稳态温度与所监测轴承的发热功率之间的关系式为：

4.根据权利要求1所述的一种机床轴承预紧监测方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：根据以下方程组计算出轴承各部分的转速和角速度：

5.根据权利要求1所述的一种机床轴承预紧监测方法，其特征在于，所述步骤5具体包括：根据以下方程组计算出轴承的游隙pd：

技术总结
本发明属于机床领域，具体涉及一种机床轴承预紧监测方法，包括：步骤1，选定测温点，在测温点处布置温度传感器；步骤2，令机床主轴在一定的载荷和转速下旋转，直至机床达到热平衡状态，利用温度传感器测量主轴箱上测温点的稳态温度T；步骤3，建立主轴箱上测温点的稳态温度与所监测轴承的发热功率之间的关系式，根据该关系式计算出所监测轴承的发热功率步骤4，计算轴承各部分的转速和角速度；步骤5，计算轴承的游隙P<subgt;d</subgt;。本发明实现了在主轴工作状态下的预紧的量化监测。

技术研发人员：翁泽宇,张嘉为,谢楷锋,年新宇,胡晶晶,胡艳飞
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22